-航空发动机可靠性研究
航空发动机的优化设计与可靠性分析

航空发动机的优化设计与可靠性分析航空发动机是飞机的重要组成部分之一,其性能关系到整个飞机的安全和效率。
为了满足空中旅行安全和经济效益的要求,航空发动机的优化设计和可靠性分析至关重要。
一、航空发动机的优化设计优化设计是指在一定需求下,通过改进设计方案,使得某一或多种指标达到要求且达到最佳的设计方法。
对于航空发动机来说,其关键设计指标主要包括推力、耗油量、可靠性和寿命等。
1. 推力的优化设计推力是衡量航空发动机性能的主要指标之一。
因此,如何优化推力成为发动机设计工程师关注的重点。
一般来说,增加推力有以下几种方式:增加燃烧室温度和压力、增加涡轮转速、增加涡轮级数、改变涡轮级数之间的压比等。
在以上方法中,增加燃烧室温度和压力是增加发动机排量和提高热效率的有效方法,但会带来燃烧室和涡轮转子的温度升高和寿命下降等问题;增加涡轮转速可以显著地提高单个涡轮级的贡献,但会影响到整个发动机的重量和占用空间;增加涡轮级数可以有效地提高推力和效率,但又面临着占用空间的问题;改变涡轮级数之间的压比可以实现理想的涡轮匹配,但受到叶片的受力和振动等因素的限制。
因此,航空发动机的推力优化设计需要在满足性能要求和发动机可靠性和寿命方面取得平衡。
2. 耗油量的优化设计航空发动机的耗油量是另一个需要优化设计的关键指标。
降低耗油量可直接带来燃料经济性的提高,降低航空公司的成本。
耗油量主要由以下几个方面决定:空气缩压比、燃烧室效率、风量比、涡轮转速等。
增加空气缩压比和提高燃烧室效率可以大幅降低航空发动机的耗油量。
但这做法也面临着超出燃烧室和涡轮叶片材料性能范围和操作限制等问题。
相应的,通过减小风量比或减短涡轮叶片可以减少涡轮转速,但同样需要在发动机寿命和可靠性方面做出平衡。
因此,在耗油量的优化设计上,我们需要结合发动机的实际运营需求,同时关注发动机可靠性和寿命。
3. 可靠性和寿命的优化设计航空发动机在运营过程中需要经历高温、高压、高转速等严酷的工作环境。
航空发动机涡轮叶片疲劳寿命及可靠性分析

2023-11-04•引言•航空发动机涡轮叶片概述•航空发动机涡轮叶片疲劳寿命分析•航空发动机涡轮叶片可靠性分析•航空发动机涡轮叶片可靠性验证与实验目•研究结论与展望录01引言研究背景与意义航空发动机涡轮叶片是发动机的核心部件,其性能直接影响到发动机的性能和安全性。
涡轮叶片的疲劳寿命及可靠性是评估其性能的重要指标,对于保证发动机的安全运行具有重要意义。
随着航空发动机技术的不断发展,对于涡轮叶片的疲劳寿命及可靠性的要求也越来越高,因此需要进行深入的研究。
国内外对于航空发动机涡轮叶片疲劳寿命及可靠性的研究已经开展了多年,取得了一定的研究成果。
目前的研究主要集中在材料选用、结构设计、表面处理等方面,以提高涡轮叶片的疲劳寿命及可靠性。
随着计算机技术和数值模拟技术的发展,对于涡轮叶片的疲劳寿命及可靠性的分析已经越来越精确,对于发动机的设计和优化具有重要意义。
研究现状与发展02航空发动机涡轮叶片概述涡轮叶片的结构涡轮叶片由叶身、叶根和榫头等组成,叶身是工作部分,叶根是连接部分,榫头是定位部分。
涡轮叶片的功能涡轮叶片是航空发动机的关键部件之一,负责将高温高压的气体转化为机械能,为飞机提供动力。
涡轮叶片的结构与功能涡轮叶片的工作环境涡轮叶片需要在高温、高压、高转速的恶劣环境下工作,最高温度可达1000℃以上,最高转速可达每分钟数万转。
涡轮叶片的工作工况涡轮叶片需要承受周期性变化的应力、应变,以及气动力、热力等多种复杂因素的影响。
涡轮叶片的工作环境与工况涡轮叶片一般采用高温合金、钛合金等高性能材料制造。
涡轮叶片的材料涡轮叶片的制造工艺主要包括铸造、锻造、热处理、表面处理等环节,其中精密铸造和等温锻造是关键环节。
涡轮叶片的制造工艺涡轮叶片的材料与制造工艺03航空发动机涡轮叶片疲劳寿命分析03基于有限元分析的预测模型利用有限元分析软件,对涡轮叶片进行应力分析,预测不同工况下的疲劳寿命。
疲劳寿命预测模型01基于材料性能参数的预测模型考虑材料性能参数,如弹性模量、屈服强度、抗拉强度等,建立疲劳寿命与材料性能之间的数学关系。
航空发动机可靠性分析研究

航空发动机可靠性分析研究航空发动机是现代民航发展中最关键的组成部分之一,其质量和可靠性直接关系到飞机的运行安全和航班的准时率。
航空发动机的可靠性是设计、制造、维护和管理方面的综合结果,受到多种因素的影响。
本文将从多个方面来分析研究航空发动机的可靠性问题。
一、航空发动机的设计在航空发动机的设计阶段,可靠性要求是重要的设计指标之一。
航空发动机的设计应该具有一定的容错性能,能够在外界环境突变和失效条件下,仍然保证发动机稳定运行。
航空发动机的设计应该考虑到诸如材料强度、热稳定性、机械可靠性、燃烧特性等各种因素,尽力避免各种故障和失效。
二、制造工艺和检测方法制造工艺和检测方法也对航空发动机的可靠性产生影响。
制造过程中的各种问题,如材料不合格、装配不精确、工艺不良等等,都可能造成航空发动机的失效。
为了达到良好质量,航空发动机的各种零部件应使用合适的生产工艺,如数控机床精加工、激光技术等等。
同时还应加强产品检测,使各个系数符合规定要求,并将其纳入设计及生产过程的控制范畴。
三、维护管理航空发动机的维护和管理对于其可靠性同样具有重要影响。
维护保养的及时性、足够性、正确性等都是提高发动机可靠性的关键因素。
维护管理的正确性,需要时刻监控和识别航空发动机的运行状况,以及对设备进行日常检测和例行性检修和维护。
应在规定的地点和方式检查和操作发动机,并防止错放、交叉使用设备,防止误操作、误检。
四、环境风险控制在飞机的行驶过程中,环境因素的影响同样会对航空发动机的可靠性产生非常大的影响。
如恶劣天气、气温、气压等都可能影响发动机工作状态,导致安全问题。
对于这些问题,设计时应考虑到其影响,制造设备应符合相关环境标准,并进行全方位检测,保证设备在极端环境下也可以正常运行。
总的来讲,航空发动机的可靠性与设计、制造、管理、环境等各个方面有关,任何一个方面出现问题,都会影响航空发动机的性能和可靠性。
因此,应站在全面、综合的角度来考虑和解决航空发动机可靠性问题,从设计、制造、维护、管理等各个方面出发,共同维护飞机及旅客的安全。
航空发动机动力系统的可靠性评估与优化设计

航空发动机动力系统的可靠性评估与优化设计航空发动机是现代飞行器的心脏,对于飞机的安全性和性能起着至关重要的作用。
其动力系统的可靠性评估与优化设计是航空工程领域的重要研究课题。
本文将从可靠性的定义、评估方法以及优化设计的角度来探讨航空发动机动力系统的可靠性及其相关问题。
一、可靠性的定义与评估方法1. 可靠性的定义航空工程中,可靠性指的是飞机或其系统在规定的运行条件下,正常地完成所期望的功能,并在一定寿命期内不发生故障的能力。
换句话说,可靠性反映了系统或设备能够持续正常运行的概率。
2. 可靠性评估方法航空发动机的可靠性评估是通过数学统计和可靠性工程方法来完成的。
常用的可靠性评估方法包括故障模式与效应分析(FMEA)、故障树分析(FTA)、可靠性块图(RBD)等。
这些方法对发动机的各个组件进行潜在故障模式的分析和概率计算,从而获得发动机系统的可靠性水平。
二、航空发动机动力系统的可靠性问题1. 故障率分布航空发动机是一个复杂的系统,其包含多个组件和子系统,因此在进行可靠性评估时需要考虑各个组件的故障率分布。
常用的故障率分布包括指数分布、威布尔分布、对数正态分布等。
根据实际的故障数据,确定故障率分布可以提高可靠性评估的准确性。
2. 设备寿命评估发动机的寿命评估是可靠性评估的重要部分,也是航空工程师关注的焦点。
发动机的寿命通常由两个方面来评估,即使用寿命和技术寿命。
使用寿命指的是发动机在实际运行中的寿命,受到运行方式、维护保养等因素的影响;技术寿命则是根据发动机的设计要求和理论计算得出的寿命。
通过对这两个方面的评估,可以判断发动机是否需要进行更新或维修。
三、航空发动机动力系统的优化设计1. 可靠性设计在航空发动机的设计过程中,可靠性应是一个重要的设计目标。
可靠性设计的原则包括增加冗余、提高材料的耐用性、优化系统的结构等。
通过合理的可靠性设计,可以提高发动机系统的可靠性水平,减少故障事件的发生。
2. 质量控制质量控制是提高航空发动机可靠性的重要手段。
航空发动机部件及系统的可靠性研究

航空发动机部件及系统的可靠性研究引言航空发动机是航空器最重要的组成部分之一,它的可靠性直接关系到飞行安全和经济效益。
如果出现故障,不仅会带来损失,还会威胁到乘客和机组人员的生命安全。
因此,航空发动机部件及系统的可靠性研究是一个极其重要的课题。
本文将从部件可靠性和系统可靠性两个方面介绍航空发动机的可靠性研究现状及发展趋势。
一、航空发动机部件可靠性研究航空发动机是由多个部件组成的系统,每个部件的可靠性都会对整个系统的可靠性产生影响。
因此,发动机部件可靠性研究是提高航空发动机可靠性的一个重要手段。
1.叶轮机盘可靠性研究叶轮机盘是航空发动机中的核心部件之一,主要负责推动空气流动,产生动力。
因此,叶轮机盘的可靠性直接关系到发动机的性能。
目前,叶轮机盘可靠性研究主要集中在以下几个方面:(1)物理化学性能评估:包括腐蚀、疲劳、高温氧化等特性测试,这些测试能够帮助人们了解叶轮机盘的性能特点,为提高其可靠性提供理论依据。
(2)载荷仿真:通过计算机模拟叶轮机盘在不同载荷下的工作状态,预测叶轮机盘在实际工作中的寿命和损伤机理。
(3)检测技术:目前,基于超声波和x射线的叶轮机盘检测技术已经广泛应用于航空发动机维修中,可以检测叶轮机盘的腐蚀、疲劳等缺陷,为提高其可靠性提供技术手段。
2.涡轮叶片可靠性研究涡轮叶片是航空发动机中的另一个核心部件,它主要负责将高温高压气体转化为机械能,因此其可靠性对于航空发动机的性能和寿命有着至关重要的影响。
目前,涡轮叶片可靠性研究主要分为以下几个方面:(1)材料研究:涡轮叶片要在高温高压的环境下工作,因此其材料的热稳定性、抗疲劳性、耐腐蚀性等特性至关重要。
目前,人们正在研究新型材料,以提高涡轮叶片的可靠性。
(2)结构设计:涡轮叶片的叶片数、叶片弯曲角度、叶片高度等结构参数也会对其可靠性产生影响。
目前,人们正在通过小叶片、宽叶片等新型叶片结构设计来提高涡轮叶片可靠性。
(3)检测技术:涡轮叶片的缺陷会对其可靠性产生影响,因此涡轮叶片的检测技术也是提高其可靠性的重要手段。
航空发动机可靠性评估分析

航空发动机可靠性评估分析航空发动机是现代民用航空的核心组件,发动机的可靠性直接关系着航班的安全和航空公司的运营效益。
因此航空发动机的可靠性评估分析显得尤为重要。
一、航空发动机可靠性分析的概念航空发动机的可靠性评估分析是指通过数据分析、统计推算以及故障排除等方式,对航空发动机的性能进行综合评估以及可靠性分析。
此过程可以为发动机的进一步优化和提高提供参考,有助于提高航空发动机的可靠性与好处。
二、航空发动机可靠性分析的方法1.根本方法:统计数据分析通常情况下,固定时间内航空公司所检查到的发动机故障或飞行不正常事件等进行分析,得出故障次数、飞行小时数、平均故障率、平均修理时间、平均维修费用和平均使用费用等关键指标。
2. 监控方法:遥测系统遥测系统能够实时地给出航空发动机在飞行过程中的相关数据,例如各个传感器测量到的数据、电压和电流等数据。
这些数据能够及时反映发动机在飞行过程中的变化情况,诊断当前状态并预测未来的状态变化,有助于科学地分析航空发动机的可靠性。
3.检修方法:基于故障排除的发动机维护策略航空发动机故障排除法是从整个故障排除流程的管理和运用方面进行研究。
它通过整合回馈机制、发动机故障分析和故障根本原因分析,提高了故障排除流程的有效性和可靠性。
三、航空发动机可靠性分析的关键指标1.平均故障率平均故障率是指在特定时段内发生故障的数量与该时段的总使用量之比,代表了发动机的故障率水平,通过对平均故障率的分析可以发现发动机中存在的问题,可以改进和优化设计。
2.平均修理时间平均修理时间是故障修理开始到再次投入使用之间的平均时间,代表了发动机在出现故障后恢复运行的效率。
通过分析平均修理时间,可以评估航空发动机的可靠性水平是否达标。
3. 故障类型分布发动机的故障类型分布是指不同类型故障的数量及占比,通过分析故障类型分布可以发现发动机故障出现的主要原因,进一步分析原因,可以避免同类型故障反复发生。
四、航空发动机可靠性分析的发展趋势随着科技的进步,航空发动机可靠性评估分析方法在不断发展和完善,越来越多的新技术得以运用。
航空发动机机械系统的可靠性研究与优化设计

航空发动机机械系统的可靠性研究与优化设计航空发动机作为现代飞行器的心脏,其机械系统的可靠性直接关系到航空安全以及飞机性能的表现。
因此,对航空发动机机械系统的可靠性进行研究和优化设计是非常重要的。
本文将探讨航空发动机机械系统可靠性的研究方向和优化设计方法。
一、航空发动机机械系统可靠性的研究方向航空发动机机械系统可靠性的研究方向可以从多个角度入手。
首先是故障原因的分析和排查。
对于航空发动机机械系统的故障,我们需要通过分析和排查,找出具体的故障原因,从而针对性地进行优化和改进。
其次是寿命评估和可靠性预测。
航空发动机机械系统运行时间的长短直接影响到其可靠性,因此需要通过寿命评估和可靠性预测来确定机械系统的使用寿命以及故障发生的概率。
最后是关键零部件的研究和优化。
航空发动机机械系统由许多关键零部件组成,对这些关键零部件进行研究和优化,可以提高整个系统的可靠性。
二、航空发动机机械系统优化设计的方法航空发动机机械系统优化设计是提高可靠性的重要手段。
在优化设计过程中,可以采用多种方法和技术。
首先是先进的材料应用。
选择适当的材料对于提高航空发动机机械系统的可靠性至关重要。
例如,使用高温合金材料可以提高零部件的耐热性能,减少故障的发生。
其次是精密加工和装配技术的应用。
通过提高零部件的精密加工和装配技术,可以减少潜在的故障点和松动问题,提高机械系统的可靠性。
另外,还可以采用冗余设计和安全措施。
冗余设计可以在某些关键部位增加备用零部件,一旦出现故障,可以进行快速更换,从而不影响整个系统的运行。
三、航空发动机机械系统可靠性研究中的挑战与展望航空发动机机械系统可靠性研究虽然具有重要意义,但也面临一些挑战。
首先是相关数据的获取和处理。
由于航空发动机的复杂性和保密性,相关数据的获取和处理是非常困难的。
其次是成本与效益的平衡。
优化设计和提高可靠性需要大量的研究和投入,而这些成本通常会成为制约因素。
在未来,我们可以通过建立更完善的数据收集与处理系统,同时加强学术界与工业界的合作,来解决这些挑战。
航空发动机性能预测与可靠性分析

航空发动机性能预测与可靠性分析在航空工业中,发动机是飞机最重要的部件之一。
其工作能力和可靠性直接影响着飞行的安全和性能。
因此,对于航空发动机性能预测和可靠性分析的研究具有重要的现实意义。
航空发动机性能预测是指通过计算机模拟等手段,对发动机在特定工况下的性能进行预测和分析。
该技术的主要目的是为了优化发动机的设计,改进发动机的性能,提高发动机的使用寿命和可靠性。
发动机性能预测主要涉及到以下几个方面:1.发动机气动性能预测发动机气动性能是指发动机在不同工况下的空气动力学性能,包括进气道阻力、压气机效率、燃烧室效率、涡轮风扇效率、尾喷管推力等。
预测发动机的气动性能可以帮助优化发动机的设计,提高气动效率和推力比,实现更好的性能表现。
2.发动机热力学性能预测发动机热力学性能是指发动机在不同工况下的热力学参数,包括进气温度、压力比、燃油流量、燃烧室温度、涡轮出口温度等。
预测发动机的热力学性能可以帮助优化发动机的控制系统,提高供油和冷却系统的效率,实现更好的性能表现。
3.发动机振动和噪声预测发动机振动和噪声是发动机工作过程中产生的主要噪声源。
预测发动机的振动和噪声可以帮助优化发动机的结构设计,改进降噪技术,提高发动机的使用安全性和舒适性。
航空发动机的可靠性分析是指对发动机在实际使用过程中发生故障、失效或损坏的原因进行系统分析和评估。
可靠性分析可以帮助改进发动机的可靠性和维护管理体系,提高发动机的使用寿命和安全性。
发动机可靠性分析主要涉及以下几个方面:1.风险评估和维修策略制定风险评估是指对发动机故障和失效的可能性和后果进行评估。
通过风险评估,可以确定维修和更换部件的优先级,制定合理的维修策略和周期,提高发动机的使用寿命和可靠性。
2.故障诊断和预测发动机故障诊断和预测是指通过传感器、监测系统和数据分析等手段,对发动机故障和失效进行实时监测和分析。
通过故障诊断和预测,可以及时发现和处理发动机故障和隐患,减少故障的扩大和影响,提高发动机的运行可靠性。
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航空发动机可靠性研究摘要:可靠性是航空发动机正常工作的重要指标。
本文介绍了航空发动机可靠性在国内外的发展概况,可靠性评价指标,简要介绍了影响发动机可靠性的因素,提高可靠性的主要措施。
关键词:可靠性;结构强度;评价指标1.引言可靠性是指产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力[1]。
研究装备的可靠性是为了提高装备的完好性和任务的完成性,保障装备和人员的安全,减少寿命内的费用。
航空发动机是在高温高压的环境中以高速旋转的形式进行高负荷工作的动力机械,是一种集热力气动、燃烧、传热、结构强度、控制测试技术及材料、工艺等多学科于一身,温度、压力、应力、间隙和腐蚀等工作条件非常苛刻,且对质量、可靠性、寿命等要求又极高的复杂系统。
航空发动机工作时在高温高压的环境中以高转速运转,所受的载荷复杂多变,且由于现代大推重比航空发动机的设计性能要求,使得其结构日趋单薄。
因此航空发动机出现的故障模式多,故障出现的几率高,故障的危害大,使用寿命短。
因此,航空发动机可靠性是设计时必须考虑的重要因素,同时也是航空发动机性能能否得到发挥的重要衡量指标。
飞机的可靠性可以如下定义:可靠性是飞机按设计状态与使用、维护、修理、贮存和运输条件,在描述完成飞行任务能力所有的参数规定值范围内,在某一时间里保持的一种特性。
[2]2.航空发动机可靠性研究的现状[1]2.1国外航空发动机可靠性发展概况航空发动机研制的难度大、周期长、费用高、风险多。
西方发达国家只有四大公司-美国的普·惠公司、通用动力公司、英国的罗·罗公司和法国的斯奈克玛公司,才具有独立研制的实力。
他们在研制航空发动机的过程中对可靠性问题有着深刻的认识和教训。
20世纪60年代末,美国普·惠公司为F-15战斗机发展了新一代推重比为8的高性能涡扇发动机F100。
在同年代中,F100的性能是出类拔萃的,特别是其跨/超声速性能有显著的提高。
但它的可靠性却未能与其高性能相匹配。
F15装备部队后,在使用过程中发动机暴露出很多可靠性问题。
F100发动机在最初使用的5年时间里先后发生了500余次旋转失速,47次涡轮工作叶片和导向叶片损坏,60次主燃油泵故障,10次加力泵轴承故障,8次4号轴承故障以及120多起其它各类故障。
这些故障使F15战机大批停飞,严重影响了飞机的安全性和战斗力。
F100发动机从开始研制到正式投产,军方投资4.57亿美元,时间为5年。
但为了解决其可靠性和耐久性问题,却花费了6.6美元和11年的时间进行徘故和改进。
同时期,TF30发动机和TF34发动机以及英国罗·罗公司研制的RB211发动机也存在类似的可靠性问题。
F100出现可靠性不高的原因是多方面的,但是最主要的原因是在研制中片面过于追求高性能,而忽视了可靠性问题,发动机的设计没有取得性能、可靠性、维修性等方面的平衡。
片面追求高性能而忽视可靠性,也造成了许多结构故障。
据美国空军材料实验室统计,在1963年-1978年15年间,美国空军战斗机发生了3824起飞行事故,其中发动机故障引起1664起,占43.5%,而其中由结构强度和疲劳寿命方面问题导致的事故占90%以上。
美国军方和宇航部门在总结单纯追求高性能,忽视可靠性和耐久性所造成的惨痛教训基础上,专门制定了发动机结构完整性大纲(ENSIP),ENSIP是一项针对发动机设计分析、研制、生产及寿命管理的有效措施,其目的在于通过显著减少发动机在使用过程期间发生的结构耐久性问题,确保发动机结构安全,延长使用期限,降低寿命成本。
结构完整性的内容有:结构耐久性准则,耐久性设计要求,维修性准则,材料与处理特性计划等。
美国F404发动机的研制遵循了结构完整性要求,采取了作战适用性、可靠性、维修性、费用、性能和重量的优先顺序,取得了良好的效果。
先进的发动机依赖于经过充分验证的新技术。
为了充分验证新技术,美国军方相继投资了一系列预先技术验证计划,如综合高性能涡轮发动机技术计划(IHTET),先进涡轮发动机燃气发生器计划(ATEGG),先进技术发动机计划(ATE)等。
通过这些计划的实施,国外如EJ200、M88、F119等先进的发动机,采用了很多新技术,如小展弦比叶片、整体叶盘、浮动壁燃烧室、金属刷的接触式封严技术,全权限数字电子控制等。
通过这些技术的应用,使新研制的发动机性能、可靠性、耐久性水平大幅度提高。
表 1 几种典型军用航空发动机可靠性参数及指标[3]2.2我国航空发动机可靠性发展概况我国航空发动机工业是上世纪50年代-60年代,在仿制前苏联产品的基础上发展起来的,走的是一条从测仿、改进到自主研制的道路。
在这一进程中,在发动机可靠性、耐久性方面做了大量的工作。
如WP7发动机的首翻期和总寿命比初始值调高了33倍,WP8发动机的首翻期由300小时延长到800小时,总寿命由600小时延长到1600小时。
但是这些发动机的技术水平较低,通过一系列改进和延寿后,原有潜力和余度得到相当大的挖掘,进一步改动的难度和风险加大。
同时,随着使用寿命的延长和翻修次数的增多,近年来暴露出不少问题,对飞行安全构成极大的威胁。
据相关调查统计,在全部停车事故中,约有40%是由于发动机结构故障引起。
如涡轮盘破裂、涡轮轴折断、压气机叶片失速颤振断裂等。
一般来说,一台成熟的发动机的故障模式为结构、传动润滑、控制附件等,各模式故障发生随机分布,而不会连续地重复发生,且故障率也保持在一个较低水平。
因此,从我国发动机发生的故障情况可以推断,在仿制及改进别人已有发动机的过程中,我国的基础性技术储备不足,验证不够,给定的寿命及翻修期的依据不够充分。
我国航空发动机可靠性工作的开展是在不断总结并向外国学习的基础上,从认识、提高到正式建立工作规范的发展过程。
可靠性工程是一项综合性系统工程,贯穿于发动机的设计、制造、试验、使用、维修及管理等方流程。
虽然我国在可靠性方面取得了一定的进步,但与国外先进水平相比还有不小差距,并且发展不平衡,在具体执行过程中也存在一些问题,有待于进一步提高。
3.航空发动机可靠性指标的确定发动机可靠性指标选择的基本准则是:(1)根据发动机的使用要求、飞行任务、类型和环境特点选择参数;(2)根据维修方案选择参数,包括确定维修策略、维修任务、维修人员以及对工具设备的基本要求;(3)有些参数之间有一定的关系,因此选择参数时应考虑到它们之间的相关性。
可以把可靠性指标分为四大类:以时间计量为指标、以概率计量为指标、以单位时间比率计量为指标[2]、以1000飞行小时基数为指标。
3.1以时间计量为指标(1)平均故障间隔时间T BF航空发动机主要研制国家经常以平均故障间隔时间来表示发动机的可靠性水平,这一时间段是指两个相邻故障间工作时间的平均值,其间发动机不仅完成飞行,并且在地面进行检查和飞行中出现的故障都能够按常规飞行准备工作的若干规定和一定的维护予以排除。
平均故障间隔时间T BF 的数学表达式为: ∑==Ni iNBF tT 11式中:N 为故障发生的次数;t 为第i 次故障间的工作时间。
平均故障间隔时间T BF 对航空发动机是一个十分重要的可靠性参数,它不仅表达发动机质量的优劣,而且还用来作为系统可靠性预计和分配的重要参数。
(2)平均维修时间T MR对于航空发动机,平均维修时间T MR 定义为故障后若干次维修时间的平均值。
其数学表达式为:T MR =T R / N E式中:T R 为总维修时间;N E 为被维修的发动机台数。
上述维修专指发动机返到修理厂的情况。
平均维修间隔时间 T MR 和T BF 存在着一定的量化关系 [4], 二者具有相关性 ,选择参数时只能选一个。
T MR 是以 T BF 为基础 , 并考虑到环境和复杂程度的影响所确定的一个耐久性指标 , 是由美国空军和波音公司基于大量的统计而获得的 , 其基本表达式为 T MR =k(T BF )α, 式中 k 为环境参数为复杂参数 , 在只考虑发动机故障时 , 一般选 k=2.39,α=0.66。
3.2用概率计量的指标:可靠度可靠度指可靠性的对象、功能、使用条件、时间和概率值等5个方面的因素,它是时间的函数,其值在0和1之间。
当t=0时, R (t )=1完全可靠,如果产品全部发生故障,则R (t )=0。
3.3以单位时间比率计量为指标:故障率λ(t )产品工作到某时刻t 尚未发生故障,在该时刻后的单位时间内发生故障的概率称为故障率λ(t ),它也是时间的函数。
工作过程中,故障率λ(t )随时间的变化情况常用以下“浴盆曲线”表示,见图1。
图 1 浴盆曲线从图1可以看出,该曲线包括早期故障期(DFR )、偶发故障期(CFR )和损耗故障期(IFR )3段。
早期故障为产品使用初期磨合时故障初始暴露,航空发动机的性能故障多在此阶段出现,其特点是随着时间的增加,故障率迅速减小。
偶发故障为产品处于正常使用时期产生的故障,故障率大体不变,在某些条件下偶发性故障危害很大。
耗损故障为产品处于使用后期产生的故障,由于老化、磨损和疲劳等因素造成。
3.4以1000飞行小时基数为指标(1)空中停车率 RiFs空中停车率是指每1000飞行小时中发动机空中停车的总次数。
发动机空中停车可由发动机本身故障和飞机系统故障引起,空中停车率通常是指发动机本身故障引起的。
(2)提前换发率 RUER 和返修率 RSV 提前换发率又称非计划换发率,指发动机在1000飞行小时中由于发动机故障造成的提前更换发动机次数。
返修率 Rsv 定义为每1000飞行小时发动机返厂修理的次数。
4.影响可靠性的因素及对策简介[5]航空发动机可靠性问题的特征之一就是综合性和多重性。
例如不可能仅仅通过成功的发动机结构设计或者依赖发动机生产厂商的高水平工艺就确保发动机的高可靠性。
为了获得高可靠性的发动机,有必要统计并研究造成发动机可靠性降低的各种因素,并提出相应的对策提高可靠性。
4.1影响可靠性的因素(1) 不完善的设计其中包括表征发动机工作过程的热力气动参数的选取。
实际上,几乎所有的发动机在经历一定的调试及使用时间之后,都要经过或多或少的结构修改,以提高其可靠性、耐久性和维护性。
(2) 不成功的工艺和加工过程的不稳定性许多零件损坏的原因往往是在零件的表面层存在过大的残余应力、表面烧伤和由最终工序不完善造成的缺陷。
此外,尚有许多故障是与零件尺寸公差的存在有关,例如叶片的疲劳破坏和折断就是如此。
(3)所采用的材料性能质量低及没有足够的稳定性这是指在发动机结构中采用的所有材料,包括金属材料和非金属材料。
在使用过程中,经常遇到合金中因含有杂质而引起构件早期疲劳断裂;橡胶和其他密封材料很快丧失所要求的特性,可能引起密封性的破坏,造成泄漏等;使用低质量的燃油和滑油也可能限制发动机零件或整机的寿命。